论快速成型技术的广泛应用

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承, 　　一、快速成型技术　　快速成形(Rapid Prototyping and Manufacturing，简称RP或RP&M)或自由实体造型(Solid Freeform Fabrication，简称SFF)是80年代中期发展起来的一种造形新技术，它将传统的“去除”加工法改变为“增加”加工法。　　RP技术综合了计算机辅助设计、激光、光化学和高分子聚合物等多种技术，并且随着RP技术与其它材料加工技术的结合，其应用领域不断扩大。RP技术的基本原理是，首先根据产品设计图纸或“反求法”得到一系列横截面，数控激光束按每一层的轮廓线或内部网格线对材料逐层加工并叠加，直至完成整个制件。RP技术无需机械加工或任何模具，直接从CAD模型生成复杂形状的制件，因而产品研制周期缩短，生产率提高，生产成本降低。　　1987年，美国3D Systems公司展出第一代商用RP系统SLA-1，之后RP技术迅速发展，在许多部门都得到应用。其用途主要包括，快速成形技术制作模型对产品进行设计验证、评价、性能测试等，制作注塑模、功能材料制件，与传统制造工艺相结合制造模具和金属零件等。　　立体光刻装置(Stereo-Lithography Apparatus,简称SLA)是最早的RP技术实用化产品，其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，将模型转换为标准格式的STL文件，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制扫描器和升降台的运动；激光器产生的激光束经聚焦照射到容器的液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，升降台下降一定距离，这样SLA装置逐层地生产出制件。　　1、HRPL系列(SLA)光固化快速成形系统　　SLA技术的常用原料是热固性光敏树脂，主要用于制造多种模具、模型等，还可以通过加入其它成分用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。　　2、HRP系列(LOM)薄材叠层快速成形系统　　分层实体造型(Laminated Object Manufacturing，简称LOM)是将薄膜材料逐层激光切割成所需形状，然后叠加在一起的造形方法。LOM工艺与SLA工艺的区别在于将SLA中的光致固化的扫描运动变为LOM中的激光切割运动。　　LOM技术常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。LOM技术成形速度快，制造成本低，但由于材料薄膜厚度有限制，未经处理的表面不光洁，需要进行再处理。　　3、HRPS系列(SLS)粉末烧结　　选择性激光烧结，是使用粉状固体材料(如石蜡，聚碳酸脂，石英砂，合金粉等)进行加工的一种快速成型方法。它在储料缸中存放加工原料，在工作缸中完成原型加工。制件加工时，储料缸首先上升一个层厚，通常为0.1到0.3毫米，工作缸下降一个层厚，铺粉机构把粉状材料从储料缸铺向工作缸，再由激光在工作缸中选择性扫描整个二维截面，激光扫描过的部分粘接成一个整体，没有扫描过的部分仍然保持粉状结构。截面完成后，再进行下一个工作周期，直到制件加工完成。　　二、快速成型技术的应用的实质体现　　目前RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品(包括产品的更新换代)开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计(或改型设计)造型设计结构设计基本功能评估模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。　　快速成型的应用主要体现在以下几个方面:　　1、新产品开发过程中的设计验证与功能验证。RP技术可快速地将产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。　　2、可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计制造难度。对于难以确定的复杂零件，可以用RP，技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。此外，RP原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段。　　3、单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求;对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。　　4、快速模具制造。通过各种转换技术将RP原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，进行中小批量零件的生产，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。　　三、快速成型技术的应用举例　　快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。　　快速成型技术的主要应用各行业的应用状况如下:　　1、汽车、摩托车:外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。　　2、家电:各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。　　3、通讯产品:产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。　　4、航空、航天:特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。　　5、轻工业:各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。　　6、医疗:医疗器械的设计、试产、试用，CT扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。　　7、国防:各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。　　四、结论　　快速成型技术的发展是近20年来制造领域的突破性进展，它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同，更重要的是在目前产业策略以市场响应速度为第一的状况下，RP技术可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力。RP技术所使用的材料也已从开始的光敏固化树脂领域扩展到其它诸如塑料、金属、陶瓷等领域，工艺也不断得到改进。

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